Kurs elektroniki II - #5 - czujniki analogowe

[marek1707]

Możesz poeksperymentować z parą różnicową. To są de facto dwa tranzystory "stojące" na wspólnym rezystorze emiterowym. Poczytaj o tym. Możesz z tego zrobić komparator i na pewno zadziała układ z termistorem czy tam z fotoopornikiem plus potencjometr. Wprowadzenie histerezy może już być trudniejsze, ale nie niemożliwe. Oczywiście schemat zmieni się zupełnie, ale ile za to nowej wiedzy 🙂 Spróbuj coś znaleźć o wzmacniaczu różnicowym i zaproponuj jakiś układ w takiej konfiguracji. Do jednego wejścia (do bazy) daj potencjometr a do drugiego (drugiej bazy) dzielnik z czujnikiem. Wyjściem będzie prąd kolektora któregoś z tranzystorów. W sumie to podstawowa komórka komparatora. Dając jeszcze trzecie tranzystor dostajesz całkiem fajny sygnał odniesiony do masy lub zasilania więc i LED da się podłączyć. Czekamy na schemat.

[Philip]

Witam,
marek1707, dziękuję w ogóle za odpowiedź. Poczytałem o tej parze różnicowej/układzie różnicowym. Dosyć trudny temat jak dla mnie przynajmniej, ale myślę, że trochę to rozumiem.

Zrobiłem ten schemat (chciałem zrobić go PSpice, ale coś ostatnio ten program przestał mi działać) na razie bez trzeciego tranzystora i bez wyjścia (diody).

Zasilanie E1=9V z baterii, kondensator C1=470uF, rezystor R1=R3=R4=R5=1k, rezystor R6=330, rezystor R7=10k, potencjometr R2=5k, T1 i T2 tranzystory NPN BC 547B oraz podpięty pod bazę tranzystora T2 fotorezystor GL5537-1 20-30k.

Zrobiłem pomiary napięć i prądów:

Prądy:

-Prąd kolektora pierwszego tranzystora I=2,8mA

-Prąd bazy pierwszego tranzystora I=0,08mA

-Prąd kolektora drugiego tranzystora I=bliski zero (ledwo co na mikroamperomierzu wskazywało)

-Prąd bazy drugiego tranzystora I=0

Napięcia:

-Napięcie złącza baza-emiter pierwszego tranzystora U=0,65V

-Napięcie złącza kolektor-emiter pierwszego tranzystora U=4,35V

-Napięcie złącza baza-emiter drugiego tranzystora U=-0,44V po przykryciu fotorezystora U=0,68V

-Napięcie złącza kolektor-emiter drugiego tranzystora U=7,3V po przykryciu fotorezystora U=0,06V

-Napięcie między bazą pierwszego tranzystora, a ziemią całego układu ustawiłem potencjometrem na wartość U=2V

-Napięcie między bazą drugiego tranzystora, a ziemią wyszła U=1V (dokładnie 😃)

-Napięcie pomiędzy kolektorem pierwszego tranzystora, a ziemią wyszło U=6,6V

-Napięcie pomiędzy kolektorem drugiego tranzystora, a ziemią wyszło U=8,68V

Odwrotna sytuacja jak przy tranzystorach PNP, napięcie bazy pier. tranzys. jest większe od tego napięcia drug. tranzys.

Zanim dodam trzeci tranzystor prosiłbym o zweryfikowanie tego schematu oraz odpowiedź co do dalszego toku rozumowania:-). Trzeci tranzystor (PNP) myślę, że trzeba byłoby podłączyć: bazę do emitera drugiego tranzystora na schemacie, kolektor do ziemi, a emiter jako wyjście połączony przez rezystor do diody i zwarty również z wyjściem jednego z kolektorów tranzystorów T1,T2?

Pozdrawiam

[Philip]

Witam,
Nikt mi nie odpowiedział na moją wiadomość. Może to nawet dobrze. 😉 Zrobiłem te układy z fotorezystorem, fototranzystorem i termistorem.

Problem jaki napotkałem, to nie działa próg przełączania. Mimo regulacji potencjometrem nic się nie dzieje, czy to przy fotorezystorze, czy to przy fototranzystorze, czy przy termistorze. Jedynie o kilka miliwoltów zmienia się napięcie na diodzie. Co tu zrobić, aby można było regulować ten próg?

Układ z fotorezystorem: R1=R3=1k; R2=5k (potencjometr), R4=R5=1k; R6=330 rezystor emiterowany; R7=10k, R8=330, R9=1k Po przykryciu czujnika dioda gaśnie.

Układ z fototranzystorem: nic się nie zmienia, tylko zmieniłem R7 na 330 i aby uzyskać efekt musiałem świecić dodatkową latarką, bo słabo było widać.

Układ z termistorem: Z tym układem było najwięcej problemów. Rezystancja była za duża, aby na diodzie odłożyło się odpowiednie napięcie (ja sobie założyłem to 2V i więcej, przy 1V i mniej dioda nie świeci). Próbowałem jakoś dobierać różne rezystancje rezystorów do kolektorów, czy między emiterem tranzystora PNP, a wyjściem kolektora T2. Ale to nie dawało chcianego efektu. Próbowałem podłączyć rezystor równoległe do termistora, aby zmniejszyć rezystancje i tutaj jest haczyk 😃 Należy dobrać odpowiedni rezystor, aby był ten moment kiedy dzięki termistorowi zmniejsza się rezystancja i dioda się zapala. 😃 Inaczej termistor stawia opór ok. 30kΩ po dotknięciu palcem, a to za dużo.

Dodam jeszcze w ramach informacji, iż zrobiłem osobny układ, że zamiast czujnika dałem rezystor 10k i powiem, że dioda wtedy świeciła ładnie i był na niej odpowiedni spadek napięcia.

Proszę o odpowiedź.

Pozdrawiam

[marek1707]

Nie, to niedobrze że nikt nie odpowiedział, bo strasznie pobłądziłeś. Czasem temat znika pod innym, nowszym i zapominamy o zadanym pytaniu.

No to tak: powiedz mi dlaczego ten wzmacniacz nazywa się "różnicowy"? Dobra, wiem. Dlatego, że dwa tranzystory pracują na jeden wspólny opornik emiterowy a wzmacniacz widzi tylko różnicę napięć miedzy bazami a nie ich napięcia bezwzględne. Dzięki temu chętnie jest wykorzystywany jako wejście (lub kolejny stopień) scalonych wzmacniaczy operacyjnych, komparatorów itp układów pracujących na sygnałach różnicowych. Pierwszy układ zrobiłeś poprawnie i na pewno po kilku próbach i pomiarach zrozumiałeś istotę tego prostego pomysłu. Jeżeli napięcia na bazach obu tranzystorów są takie same, takie same są prądy ich kolektorów i emiterów a na wspólnym oporniku wytwarza się jakiś spadek napięcia. Jeżeli podniesiemy delikatnie napięcie na którejś bazie np. prawej (bez zmiany lewego), to przez kolektor prawego tranzystora popłynie więcej prądu spływając do emitera. Ten wzrost prądu spowoduje wzrost napięcia na oporniku emiterowym i automatyczne przytkanie lewego tranzystora, bo przecież zobaczy on mniejsze napięcie między swoją bazą a emiterem. Trochę wygląda to tak, jakby tranzystory walczyły o prąd a przewaga jednego powoduje samoczynną porażkę drugiego Widać, że sygnałem wyjściowym w tym układzie jest różnica prądów kolektorów. Czyli na wejściu masz sygnał różnicowy i na wyjściu także. Prądy kolektorów zamieniane są przez oporniki kolektorowe w napięcia więc możemy też powiedzieć, że sygnałem wyjściowym z takiego stopnia jest różnica napięć między kolektorami. Jeżeli w pierwszym układzie przyłożysz woltomierz między kolektory to się przekonasz: raz dostaniesz napięcie dodatnie a raz ujemne w zależności od tego który tranzystor akurat wygrywa.

Wypadałoby więc, żeby sygnał różnicowy z obu kolektorów przekazać dalej i tak się robi. Pewna część scalonego wzmacniacza operacyjnego jest różnicowa, nie tylko stopień wejściowy. Wtedy para npn przekazuje sygnał do pary pnp i na odwrót i tak dalej. Niestety w pewnym momencie mamy już dość tej różnicowości i potrzebujemy normalny sygnał asymetryczny, odniesiony do masy lub plusa zasilania. Ty np. potrzebujesz po prostu wysterować diodę LED. Nic prostszego jak skorzystać z któregoś prądu kolektora. Emitery zostawiamy w spokoju bo tam jest ten magiczny, nienaruszalny opornik.

Acha, jedna uwaga: publikując schemat (a w szczególności do oceny lub gdy prosisz o pomoc) podawaj wartości obok symboli elementów - to jest dużo czytelniejsze i szybsze. Połączenia wyglądają dobrze, ale skąd mam wiedzieć, że oporniki nie są od czapy? Mam szukać liczb i odniesień w tekście?

A więc korzystamy z prądu w oporniku kolektorowym. W najprostszym wypadku możesz po prostu włączyć dwie diody LED szeregowo z opornikami kolektorowymi obu tranzystorów. To zachowuje symetrię układu a pozwala zobaczyć stan wzmacniacza-komparatora. Piszę wymiennie, bo Twój komparator jest przecież także wzmacniaczem. Jeżeli ustawisz go (napięciami baz) w obszarze liniowej pracy (gdy prądy kolektorów są równe) ma wtedy spore wzmocnienie, ale przecież nie daje odpowiedzi zero-jedynkowej. Różnica prądów kolektorów w takim stanie jest "analogowa" - trochę więcej napięcia różnicowego między bazami daje trochę większą różnicę prądów kolektorów. Dopiero poważne zaburzenie równowagi wejściowej powoduje nasycenie jednego i kompletne zatkanie drugiego i przepływ całego prądu z magicznego opornika emiterowego tylko przez jeden tranzystor.

Od komparatora spodziewamy się jednak, by był bardziej zdecydowany. By różnica +1mV dawała na wyjściu jedynkę a -1mV dawało zero. W prawdziwych układach rozwiązuje się to poprzez.. zwiększanie wzmocnienia. Jeśli jedna para różnicowa ma wzmocnienie powiedzmy 50 to dwie połączone jedna za drugą mają już 2500. Wtedy bardzo trudno ustawić takie napięcie wejściowe by komparator pokazał na wyjściu "nie wiem". A jeśli ma wzmocnienie 1000000?

W naszym przypadku, przymrużając trochę oko możemy uznać, że mamy i komparator (gdy sterujemy go dużymi różnicami) i wzmacniacz (gdy różnica napięć wejściowych jest bliska zeru).

A jeśli chcesz skorzystać z prądu kolektora w bardziej cywilizowany sposób (niż LEDy których jasności trzeba porównywać organoleptycznie), zrób tak:

a. R5 podziel na dwa mniejsze połączone szeregowo, np. do plusa daj 220Ω a pod nim do kolektora daj 820Ω

b. Do miejsca połączenia obu oporników przyspawaj bazę tranzystora pnp (nie wolno jej podłączyć wprost do kolektora npn)

c. Emiter pnp podłącz do plusa zasilania

d. Z kolektora pnp masz wyjście prądu wypływającego - możesz tam dać np. obowiązkowy opornik (np. 2.2k) i szeregowo z nim diodę LED do masy.

Teraz prąd kolektora prawego tranzystora będzie w niewielkiej części pochodził z bazy pnp i włączał go, czyli LED będzie się zapalać gdy napięcie prawej bazy będzie większe.

W Twoim drugim układzie rozpiąłeś całkowicie "różnicowość". Masz osobny układ z lewym tranzystorem i jakąś megadziwność z prawym. Zapomnij o tym czym prędzej.

W następnym kroku zastanów się na co wpływa wartość opornika emiterowego i dlaczego powinien być i duży i mały jednocześnie (w stosunku do oporników kolektorowych). Pomyśl też jak to zrealizować i dlaczego w rzeczywistych stopniach tego typu z reguły widzimy tam źródło prądowe. Takie coś - to ma dopiero kopa 🙂

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Philip]

Witam,
Jestem bardzo wdzięczny za odpowiedź, bo myślałem już, że nikt mi nie odpowie. 🙂

Wykonałem najpierw ponownie mój pierwszy układ dodając po diodzie do kolektorów tranzystorów. Wtedy było bardzo wyraźnie widać, regulując potencjometrem, który tranzystor przewodzi, a który jest zatkany (który "wygrywa" 😃 ). Bardzo mi to wyjaśniło całe działanie takiego wzmacniacza różnicowego. Sama nazwa "różnica", chodzi tu o tą różnicę. Robiąc jeszcze raz pomiary napięć i prądów (dla skrajnych pozycji potencjometru, przy odkrytym i zakrytym fotorezystorze) było wyraźnie widać poszczególne zależności miedzy tranzystorami, napięcie różnicowe między kolektorami, bazami. Napięciem jednej z baz można regulować, zmieniać wartość przepływającego prądu przez kolektory. Teraz to stało się takie oczywiste. Wcześniej niby to było jasne, ale jednak nie. 😖

Idąc dalej, wykonałem układ z wszystkimi trzema czujnikami. Wszystko zadziałało. Nie ma mowy o tym, że próg gaśnięcia i zapalania diody nie działał. W układzie z fototranzystorem jedynie zmieniłem wartość rezystora R7 na 4,7kΩ; i musiałem ponownie pomóc sobie latarką. W układzie z termistorem mogłem dobrać też inny rezystor, ale już nie chciałem, bo w sumie działało, próg ten był dosłownie przy najmniejszej wartości potencjometru. O.. jeszcze jedna rzecz - nie miałem rezystora 820Ω, więc połączyłem po prostu w szereg 2 rezystory 470Ω. Wyszło z tego 940Ω.

Odpowiadając na twoje pytanie, wartość rezystora emiter-owego wpływa na wartości całkowite prądów tranzystorów. Można tak jakby zamiast niego dać to źródło prądowe i odpowiednio rozmieścić prądy dla tranzystorów. Tak myślę, że to by w ten sposób zadziałało. Prąd emitera równa się sumie prądów baz i kolektorów tranzystorów.

Jeszcze raz dziękuję

Pozdrawiam

[husadam5]

Dnia 21.05.2017 o 17:32, Xses napisał:

Kupiłem fotorezystor, który jest opisany jako GL5616, ale zamiast pracować w zakresie 5-10 kOm to pracuje on w zakresie ok 0,5-3 kOm. Czy jest on zepsuty, czy poprostu ktoś w sklepie się pomylił?

Następny pomiar wykazał jeszcze ciekawsze wyniki fotorezystor zaczął pracować w zakresie 0,15-28 kOm.

-U mnie pracuje podobnie w zakresie 0,4 - 2,8 kOm. Dioda cały czas świeci niezależnie od kręcenia potencjometrem.

-Na schemacie z fototranzystorem jest rezystor 10 kOm, a na zdjęciu 56 kOm.

Edytowano Sierpień 7, 2019 przez husadam5

[Treker (Damian Szymański)]

7 godzin temu, husadam5 napisał:

U mnie pracuje podobnie w zakresie 0,4 - 2,8 kOm. Dioda cały czas świeci niezależnie od kręcenia potencjometrem.

Wstaw proszę zdjęcie swojego układu dla pewności. Sprawdzimy temat 😉

7 godzin temu, husadam5 napisał:

Na schemacie z fototranzystorem jest rezystor 10 kOm, a na zdjęciu 56 kOm.

Dziękuję za uwagę, zapisuję do sprawdzenia i poprawienia.

[husadam5]

Układ jest OK, bo z termistorem nie było problemów. Teraz przy fotorezystorze który ma u mnie zakres pracy 0,4 - 2,8 kOm dałem w miejsce R3 dwa rezystory po 470 Om zamiast jednego 10 kOm. Teraz działa.

Edytowano Sierpień 7, 2019 przez husadam5

[Treker (Damian Szymański)]

@husadam5 możesz podać datę zamówienia zestawu? Sprawdzimy temat z tymi fotorezystorami 🙂 

[husadam5]

3 godziny temu, Treker napisał:

@husadam5 możesz podać datę zamówienia zestawu? Sprawdzimy temat z tymi fotorezystorami 🙂 

24.06.2019

[slv7]

Zagadnienie o czujnikach analogowych zostało bardzo dobrze i jasno przedstawione. Dodałbym jednak na listę potrzebnych elementów w sekcji pt. "Wykorzystanie termistora w praktyce" termistor, bo go brakuje, a ja zawsze przed składaniem układu kompletuję sobie zestaw zgodnie z Waszą listą 🙂

W przypadku fototranzystora, po ustawieniu na potencjometrze progu jego wyłączenia, można go aktywować dowolnym pilotem IR i dioda zachowuje się wtedy tak jak w ćwiczeniu z odbiornikiem podczerwieni 🙂

Edytowano Maj 3, 2020 przez slv7

[Treker (Damian Szymański)]

@slv7 dziękuję za sugestię, zapisałem - zrobimy coś z tym podczas planowanej aktualizacji kursu 🙂 

[CzarnyFeniks]

Wszystkie układy złożyłem i działały bez zarzutu, zgodnie ze zdjęciami i filmikami załączonymi do kursu, dlatego też wiem, że wszystkie komponenty są sprawne, lecz w momencie zamiany rezystorów R3  z 56k na 10k zasilanie byłą włączone, termistor miał temperaturę pokojową i potencjometr był ustawiony na podawanie napięcia odwracającego wyższego od nieodwracającego.

Skutkiem czego dioda się zaświeciła mimo, że żaden rezystor R3 nie był wpięty, gdzie jak dla mnie napięcie na wejściu nieodwracającym było bliskie 0V, co daje brak napięcia na wyjściu komparatora i brakiem otwarcia tranzystora w układzie LM311.

Odpada opcja by przez termistor w tej temperaturze lub przez rezystory 1M i 330 omów oraz diodę popłynęło napięcie wyższe od wejścia odwracającego w komparatorze.

Pytanie moje jest do bardziej doświadczonych kolegów czy moja logika jest zła, czy też z komparatorem LM311 jest coś nie tak?

[Gieneq]

9 godzin temu, CzarnyFeniks napisał:

gdzie jak dla mnie napięcie na wejściu nieodwracającym było bliskie 0V

a możesz pomierzyć jakie konkretnie były napięcia na obu wejściach?

I też drobna uwaga - napięcie nie płynie 🙂 jak już to prąd płynie będący wynikiem przyłożonego napięcia.

[bartek3d1]

Cześć mam pytanie ! Dlaczego w pierwszym schemacie z termistorem wejście nieodwracające jest połączone z wyjściem komparatora i dlaczego jest tam rezystor o wartości oporu 1m Ohm a nie inny ?